Phytolith solubility in paddy soil

Siliziumaufnahme spielt eine wichtige Rolle bei der Stressresistenz vieler Pflanzen. Wichtige Kulturpflanzen wie Reis und Weizen nehmen große Mengen an Silizium (Si) aktiv aus der Bodenlösung in Form gelöster Kieselsäure auf. Diese fällt im Pflanzengewebe in Form mikroskopisch kleiner, amorpher Si-Dioxid-Partikel, den sogenannten Phytolithen, aus. Die Bedeutung der Rückführung von Pflanzenresten für den Si-Kreislauf in Böden hängt stark von der Löslichkeit der Phytolithe ab. Einerseits zeigen Laborexperimente, dass Phytolithe sehr löslich sind, anderseits finden sich große Mengen an Phytolithen in vielen Böden, was darauf hinweist, dass sie über längere Zeiträume stabil sein können. In diesem Projekt sollen Faktoren der Löslichkeit von Phytolithen während ihrer Alterung in Böden untersucht werden. Die Arbeitshypothese ist, dass die Löslichkeit der Phytolithe während der Alterung durch den Rückgang an aktiver Oberfläche und der Änderung der chemischen Zusammensetzung der Phytolithoberfläche (Sorption von Eisen und Aluminium sowie organischer Stoffe; Bildung von Sekundärmineralschichten) abnimmt. Außerdem wird vermutet, dass die wechselnden Redoxbedingungen in Reisböden die Anlagerung eisenreicher Schichten an der Phytolithoberfläche beschleunigen und dadurch zur verstärkten Abnahme der Phytolithlöslickeit führen. Um die Hypothesen zu untersuchen, werden aus Reisstroh extrahierte Phytolithe in Böden unter unterschiedlichen Bedingungen inkubiert, nach verschiedenen Zeitpunkten (d.h. zunehmenden Alterungszuständen) wieder gewonnen und untersucht. Die Änderungen der Phytolithoberflächen werden u.a. mittels Elektonenmikroskopie und Rötgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) analysiert. Außerdem werden in Laborexperimenten die Änderungen der Phytolithlöslichkeit bestimmt und mit verschiedenen chemischen Variablen (z.B. Fe- und Al-Gehalte der Phytolithoberflächen) verglichen. Das Projekt zielt darauf ab, die bestimmenden Prozesse beim Phytolithumsatz im Boden anhand detaillierter Untersuchung der chemischen Veränderungen an Oberflächen besser zu verstehen.